РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ РЕОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ
ОЦІНКИ ВПЛИВУ ПРОТИБУРБУЛЕНТНИХ ПРИСАДОК НА
ТРАНСПОРТАБЕЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ НЬЮТОНІВСЬКИХ РІДИН
Як зазначено вище, одним із ефективних шляхів покращання транспортабельних властивостей і зменшення енерговитратності перекачування нафтопроводами як ньютонівських, так і неньютонівських нафт є додавання до них певних речовин, які не погіршують показників її якості.
Для нафт, які характеризуються ньютонівськими властивостями, такими добавками можуть бути протитурбулентні присадки, які стабілізують турбулентний потік і тим самим зменшують втрати тиску при перекачуванні.
Для нафт, які характеризуються неньютонівськими властивостями, добавками можуть бути вуглеводневі розріджувачі або депресатори. Як перші , так і другі покращують реологічні властивості вихідної нафти, підвищують її транспортабельність і тим самим зменшують втрати тиску при перекачуванні нафтопроводом.
Вплив тієї чи іншої добавки на реологічні властивості певного сорту нафти індивідуальний, своєрідний і може бути виявлений лише за результатами експериментальних досліджень, що виконуються на відповідному лабораторному устаткуванні.
У світовій практиці відомо багато методів і приладів реологічних досліджень. Це зумовлено, з одного боку, величезною різноманітністю реальних рідин і дисперсних систем, а з іншого - різними практичними умовами їх течії. Залежно від одержуваних результатів всі методи реологічних досліджень можна розділити на інтегральні і диференціальні. Інтегральні методи дають можливість спостерігати за сумарним ефектом стану системи, а саме: об'ємом речовини, що протікає через капіляр за одиницю часу при певному тиску, обертовою частотою або кутовою швидкістю під дією того чи іншого обертового моменту, величиною сумарної деформації залежно від дотичного напруження, що прикладається до системи тощо. Диференціальні методи дозволяють визначити деформацію в часі у кожній точці досліджуваної системи при її течії. До такого роду методів слід віднести дослідження розподілу швидкостей на поверхні дисперсних систем у циліндрі, що обертається, вивчення профілю швидкостей при русі середовища в трубах тощо [5,40,45,75].
Для речовин з аномальною в'язкістю і пластичністю доцільніше застосовувати інтегральні методи з однорідними полями напружень і деформацій, оскільки інтерпретація спостережень у такому випадку значно простіша [5,15].
За думкою багатьох спеціалістів, найбільш досконалими приладами для реологічних досліджень неньютонівських рідин є ротаційні віскозиметри [40,83,92, 97,98].
Для ньютонівських рідин реологічні дослідження можна проводити як на ротаційних приладах, так і на значно простіших капілярних віскозиметрах.
Лабораторні дослідження впливу різного роду добавок на реологічні властивості як ньютонівських, так і неньютонівських нафт нами проводились на ротаційному віскозиметрі заводського виробництва в комплексі з термостатом та холодильною установкою власного виготовлення. Нижче наводиться характеристика лабораторної установки, методика проведення експериментів та аналіз отриманих результатів.
2.1. Загальна характеристика ротаційного віскозиметра РЕОТЕСТ-2
Прилад РЕОТЕСТ-2 - це структурний ротаційний віскозиметр, який підходить як для визначення динамічної в'язкості ньютонівських рідин, так і для проведення глибоких реологічних досліджень неньютонівських рідин. Приладом РЕОТЕСТ-2 можна визначити наступні аномалії текучості: структурну в'язкість, дилатацію, пластичність (границю текучості), тиксотропію тощо.
Прилад РЕОТЕСТ-2 відзначається принципом вимірювань, обґрунтованим з наукової точки зору, а також широкими діапазонами вимірювання дотичного напруження, градієнта напруження зсуву і в'язкості. Він є двосистемним приладом, який має співвісні циліндрові вимірювальні пристрої, а також пристрій конус-плити.
Основні технічні дані приладу РЕОТЕСТ-2 наведені в табл.2.1. Кількість речовини, що завантажується в мірні бачки, наведена в табл.2.2.
Таблиця 2.1
Технічна характеристика приладу РЕОТЕСТ-2
ПараметрЗначення Циліндрові вимірювальні пристрої Діапазон в'язкостей 1·10-3?1,8·104 Па?с Діапазон дотичних напружень 1,6?3·103 Н/м2 Діапазон градієнтів швидкості зсуву 0,2?1,3·103 с-1 Діапазон зміни числа обертів 1/216?4,05 с-1 Максимальний обертовий момент для: діапазону ? I 1?10-3 кг·м діапазону ? II 1?10-2 кг·м Межа похибки ± 3?4 % в залежності від застосовуваного вимірювального пристрою по відношенню до ньютонівських рідин Область температур -60 ? +150 ?С, із застосуванням запобіжної камери до +300 ?С Необхідна кількість речовини 10?50 см3 в залежності від застосовуваного вимірювального пристрою Матеріал мірних бачків і мірних циліндрів хромонікелева сталь ХI0 CrNi18.9 ТГЛ 7143
Таблиця 2.2
Кількість робочої речовини в мірних бачках
Циліндрові вимірювальні пристроїСистема вимірюванняNS1S2S3HКількість наповнення (см3)1025305017
2.1.1. Принцип вимірювання
Прилад РЕОТЕСТ-2 - це двосистемний прилад, в якому можуть досліджуватись реологічні властивості речовини або в циліндровому вимірювальному пристрої за Куеттом, або в пристрої конус-плита (рис.2.1 і рис. 2.2).
Рис.2.1. Система співвісних Рис.2.2. Система конус-
циліндрів плита
У циліндровому вимірювальному пристрої робоча речовина знаходиться в кільцеподібному зазорі системи співвісних циліндрів. Зовнішній стаціонарний циліндр радіуса R, оформлений у вигляді мірного бачка, приймає робочу речовину і з метою регулювання температури охоплюється посудиною для регулювання температури. Вимірювальний вал з'єднує внутрішній циліндр радіуса r і довжини l, що обертається зі сталою кутовою швидкістю ?, з циліндричною гвинтовою пружиною, відхилення якої є мірою обертового моменту М, який діє на внутрішньому ци